Посещений:
Сомиты: Предшественники Сухожилий

Syndetome

A Somitic Compartment of Tendon Progenitors
A.E.Brent, R.Schweitzer, C.J.Tabin (tabin@rascal.med.harvard.edu)
Cell V. 113, No 2, P. 235-248, 2003

Сомиты дают позвоночным осевой скелет, скелетные мышцы и дорсальный дермис. Вновь сформированный зачаток сомита отпочковывается от переднего конца presomitic mesoderm (psm) в виде шара из столбчатого эпителия, окружающего центральную мезенхимную полость. В ответ на секретируемые сигналы от окружающих тканей вентральная область подвергается эпителиально-мезенхимному переходу, деля сомит на два компартмента: вентральную мезенхиму, склеротом, источник аксиального склета, и дорсальный эпителиальный слой, дермомиотом. Чуть позже формируется третий компартмент, когда клетки от дорсомедиальной и вентролатеральной губ (DML, VLL) дермомиотома вычленяются из эпителиального слоя, мигрируя под, и реэпителизируются, образуя миотом. Оставшийся эпителиальные слой или дермотом, дают дорсальный дермис, а миотом склетоные мышцы.
Развитие аксиального склетеа и скелетных мышц из их сомитных компартментов хорошо изучено. DLM даёт epaxial миотом, источник мышц спины, тогда как VLL разных аксиальных уровней генерируют hypaxial миотом, источник мышц конечностей, поясов конечностей, межреберных и вентролатеральных мышц стенки тела. Компоненты осевого скелета - тела позвонков, нервные дужки, спинные отростки и позвонковые и грудинные ребра - возникают из отдельных субпопуляций склеротома.
Функциональная скелетно-мышечная система целиком зависит от прикреплений, котоые передают силу от мышц костям, следовательно, д. существовать скоординировнное развитие мышц, хрящей и сухожилий. Сегодня исследования о происхождении сухощилий были ограничены сухожилиями конечностей. Практически отсутствует литаратура об аксиальных и стенки тела сухожилиях из-за отсутствия ранних маркёров развивающихся сухожилий. Теперь с открытием Scleraxis (Scx), bHLH транскрипционного фактора, экспрессирующегося в зрелых сухожилиях конечностей и туловища, а также в популяциях их предшественников, стало возможным проследить за развитием сухожилий.
тщательный анализ экспрессии Scx позволил идентифицировать ранее не выявляемый четвертый сомитный компартмент предшественников аксиальных сухожилий, экспрессирующих Scx. Т.к. они генерируют соединительную ткань в склеетно-мышечной системе, то мы обозначили четрёртый компартмент как "syndetome" - syndesis (греч.)= соединять вместе. Описывается происхождение syndetome из дорсолатерального края раннего склеротома и демонстрируется, что критические взаимодействия между клеточными клонами для сомитных мышц и для хрящей приводят к спецификации сухожильного клона - при этом предшественники сухожилий оказываются расположенными в месте взаимодействия двух тканевых слоёв, которые они д. соединить. Этот параллелизм между индуктивными взаимодействиями , дающими примордии сухожилий, и пространственными и функциональными взаимоотношениями у этих производных трех тканей является очень стргим и м.б. предложена модель того, как физиологически организация функциональных тканей м.б. соркестрирована во время развития.

Syndetome


Химеры перепел-курица показывают, что сомиты являются источником аксиальных сухожилий и что как миотом возникает из дермомиотома, так и Scx-экспрессирующий синдетом возникает из склеротома (Рис.8А). Сначала Scx-позитивный домен является дискретным и чётко отличающимся от остальных трёх традиционных компартментов: склеротома, миотома и дерматома. Scx-экспрессирующие клетки, по-видимому, предназначены к уникальной клеточной судьбе, формированию только сухожилий. Хотя синдетом м.б. представлен как отдельный компартмент, чьё существование не выявлялось из-за отсутствия морфологических отличий между синтедомом и склеротомом, т.к. оба состоят из мезенхимных клеток. Только обнаружение молекулярных маркеров, Рах1 для склеротома и Scx для синдетома, позволило их опознать.

Model for Syndetome Formation
(A) Серия поперечных срезов схематически представляющая развитие сомита от эпителиального (слева) до полностью компартментализованного сомита (спарва) Нерваня трубка и хорда показаны чёрным.
(В)Обзор сигналов, участвующих в индукции экспрессии Scx в синдетоме. Во время раннего развития сомита (слева), Shh, секретируемый хордой и донной пластинкой индуцирует и Рах1 в вентральной части сомита и FGF/FREK сигнальный путь в миотомк. Затем (справа) миотомный сигнал FGFs передается FREK-экспрессирующим клеткам, которые в свою очередь активируют Scx (посредством фактора Х) в примыкающем склеротоме, это ведет к образованию синдетома. Склеротомный Рах1 косвенно репрессирует Scx (посредством фактора Z), но этому эффекту продиводействует сигнал FGF8/FREK (посредством фактора Y).
Схема взаимодействий между предшественниками мышц (миотом) и хряща (склеротом), приоводящее к локализации предшестенноков сухожилий в месте их соприкосновения.


Myotome and Sclerotome Interact to Generate the Syndetome


Было установлено, что сигналы от миотома индуцируют экспрессию Scx в тех клетках склеротома, которые являются ближайшими к миотому. Ключевым игроком на этом пути м.б. FGF8, чья экспрессия обычно ограничена дифференцированными постмитотическими клтеками центра миотома и чья избыточная экспрессия индуцирует жктопическую экспрессию Scx по всему склеротому, за исключением наиболее вентромедиальных клеток. Но если все склеротомные клетки, ближайшие к миотому, способны экспрессировать Scx в ответ на FGFs, то как передача сигналов FGF из миотомного центра м. объяснить активацию Scx в передней и задней части склеротома? Передача сигнала скорее всего связана с экспрессией FGF рецепторов, FREK , экспрессия которых ограничивается митотическими клетками переднего и заднего краёв миотома. Мы предложили модель, в которой FGF cbuykf исходит из миотомного центра и воспринимается клетками, экспрессирующими FREK на переденем и заднем крае, а эти клетки, в свою очередь, активруют Scx в склеротоме? примыкающем к FREK-экспрессирующему миотому, посредством вторичного сигнала (фактор Х, Рис. 8В). В подтверждение этой гипотезы мы нашли, что избыточная экспрессия доминантно-негативной формы FREK-рецепторов приводит к потере экспрессии Scx. А наше наблюдение, что после избыточной экспрессии FGF8 эктопический Scx индуцируется только в склеротоме, указывает на то, что только склеротом компетентен превращаться в сухожильный клон. Мы полагаем, что отсуствие эктопической экспрессии Scx в наиболее вентро-медиальной части скелеротома обусловлено тем яактом, что индуцированное FGF8 расширение домена FREK ограничено миотомом и только миотом м. продуцировать гипотетический вторичный сигнал, которы не достигает удаленных от миотома клеток склеротома.
Исходя из уникального паттерна экспрессии, мы рассматриваем FREK как наиболее вероятный кандидат на роль передатчика сигналов, которые активируют Scx. Однако до FGF рецепторы также экспрессируются в развивающемся сомите. FGFR1, напр., экспрессируется повсюду с наивысшей концентрацией в склеротоме и дермотоме. Более того неправильная экспрессия укороченного FGFR1 в psm вызывает сходное с dnFREK подавление Scx. Несмотря на это было покзано, что индивидуальные укороченные доминантно-негативные FGF рецепторы способны посредством гетеродимеризации блокировать передачу сигналов через др. FGF рецепторы, в том числе и передачу сигналов через FREK или FGFR1. В любом случае, т.к. FGFR1 м. также функционировать в передаче сигналов FGF в сомите, то паттерн его экспрессии сам по себе не м. объяснить локализации Scx домена в передней и задней части склеротома, примыкающей к миотому, особенно учитывая общую компетентность склеротома экспресировать Scx. Паттерн экспрессии FREK, напротив, это объясняет.
Миотомные сигналы м. выполнять две роли в образовании синдетома: индуцировать соседний склеротом генерировать предшественники сухожилий и предупреждать те же самые клетки от дифференцировки в хрящ. Мы нашли, что избыточная экспрессия Рах1, ключевого регулятора развития аксиального скелета, ингибирует индукцию Scx, указывая, что Рах1-позитивный склеротом благодаря репрессивному эффекту Рах1 генов-мишеней (фактор Z, Рис. 8В) неспособен активировать Scx. В самом деле, Рах1 первоначально экспрессируется по всему склеротому, но постепенно подавляется в дорсомедиальных и вентролатеральных областях, включая синдетом, указывая тем самым, что что во время дифференцировки склеротома подавление Рах1 д. происходить до индукции Scx. Подавление Рах1 в вэтом субнаборе клеток склеротома спереди и сзади от миотома м. сопровождаться передачей сигналов FGF/FREK посредством вторичного сигнального фактора (фактор Y, Рис. 8В), так что эти клетки м. воспринять судьбу сухожильных клеток.
Интересно, что Shh. по-видимому, играет двойную роль в этом сценарии. Необходимый во время раннего развития сомитов для экспрессии GFGs в миотоме и способный активировать и FGF8 и FREK в случае избыточной экспрессии, Shh необходим также для экспрессии Рах1 в склеротоме - а Рах1 в свою очередь блокирует эфкпрессию Scx в клетках, экспрессирующих Рах1. Т.о., Shh способствуя детерминации судьбы склеротома и миотома, косвенно влияет на то, где будут сформирован синдетом.

Somite versus Lateral Plate Derived Tendons: a Common Progenitor for Tendon and Cartilage


В конечностях, как и в сомитах, онтогенетические программы мышц и сухожилий тесно связаны, но имеется важное отличие вих обоюдной зависимости. Т.к. мышцы и сухожилия в проксимальных частях конечностей формируются в тесном контакте др. с др., а популяции их предшественков м. первоначально развиваться автономно, даже проходя поздние морфогенетические события, такие как подразделение мышечных масс и индивидуализация зачатков сухожилий, необходимо, чтобы они взаимодействовали. Т.о., в отличие от сомитов, где по-видимому, действительно индукция и дифференцировка сомитных предшественников сухожилий зависит от от присутствия дифференцированного миотома, формирование происходящих из латеральной пластинки предшественников сухожилий прооисходит независимо от мышц - даже в ходе развития зрелых, функциональных сухожилий необходима реципрокность между ними.
Что общего между двумя популяциями предшественников сухожилий, так это их взаимоотношения с предшественниками скелета. Наши находки, что сомитные предшественники сухожилий происходят из склеротома, указываею на то, что сухожилия и хращи имеют общего предшественника. Особый интерес вызывает вопрос, когда во время развития сомитов эти два клона дивергируют.Мы наблюдали. что на стадии XVI сомитов у 3.5 дн. эмбрионов экспрессия Scx активируется в субпопуляции склеротома. Интересны исследования, при которых участки склеротома пересаживали в дорсальные сигнальыне условия, показавшие, что склеротом не детерминирован к судьбе хряща вплоть до ст. XII у 3.5 дн. эмбрионов, это указывает на то, что возникновение клонов сомитного храща и сухожилия происходит примерно в то же самое время. Напротив, миотом детерминируется значительно раньше. Имеются сходные общие предшественники для клонов хрящей и сухожилий для конечностей. Так, мышцы конечностей, пекторальные и абдоминальные имеют сомитное происхождение, а ассоциированные сухожильные и хрящевые элементы, которые возникают их мезодермы латеральных пластинок, по-видимому, подобны их сомитным аналогам и связаны довлольно тесно. Хотя неясно, когда эти клоны латеральной пластинки дивергируют, имеются некоторые указания на то, что в конечностях судьба хряща детерминаируется меэжду стадиями 21-23, это примерно соответствует тому времени, как и в сомитах, когда в конечностях инициируется экспрессия Scx.
После момента появления общих предшественников для сухожилий и хрящей в сомитах и латеральной пластинке, д. ли в них появиться сходные сигналы для индукции судьбы сухожильных предшетвенников? Анализ развития сухожилий конечностей покзал, что индукция Scx зависит от сигналов из зачатка эктодермы конечности, тогда как ограничение Scx-экспресирующих предшественников сухожилий внутри мезенхимы зависит от активности ВМР, которая м. продиводействовать Noggin. Но ни эктодермальная, ни BMP/Nogin передача сигналов не влияет на индукцию сомитного Scx, однако как и в сомитах наблюдается то, что избыточная экспрессия FGFs в мезенхиме конечностей м. запускать в ней эктопическую экспрессию Scx и Tenascin. FGF4, экспрессирующийся в мышцах, соседствующих с местами будущих мышечно-сухожильных соединений, м.б. ответственен за позитивную регуляцию Scx в конечностях во время последующих мышце-сухожильных взаимодействий. Передача сигналов FGF м. однако играть также роль в действительной индукции предшественников сухожилий конечностей, на это указывают наблюдения, что имплантация смоченных FGF4 кусочков в мезенхиму конечностей до экспрессии Scx вызывают эктопическую экспресиию Scx спустя 4 ч; т.о., ещё не идентифицировнный FGF м. участвовать в индукции Scx. В любом случае, выявляется законсервированная роль FGFs во время развития сухожилий, происходящих и из сомитов и латеральной пластинки. Это указывает на то, что FGFs м. индуцировать экспрессиию Scx во всей мезенхиме, компетентной к восприятию судьбы сухожилий.

Scx, thr Syndetome, and Tendon Development


Итак прослежено появление нового сомитного компартмента синдетома внутри склеротома в ответ на сигналы от миотома. Показана постоянная экспрессия Scx во время развития аксиальных сухожилий из популяции предшественников. Идентифицирован путь передачи сигналов миотомного FGF, который действует и индуцируя экспрессию Scx в синдетоме и подразделяя склеротом на Рах1-экспрессирующие предшественники хряща и на Scx-экспресирующие предшественники сухожилий. Синдетом м.б. фактически одним из серии сомитных субкомпартментов, предназначенным для продукции пула предшественников для специфического типа клеток. Синдетом возникает в результате взаимодействия между предшественниками мышц (миотом) и хрящей (склеротом), помещая при этом зачаток сухожилий не только в месте их взаимодействия, но и в том расположении, которое в последующем будет необходимо для выполнения роли связующего звена мышц с хрящами.
Сайт создан в системе uCoz